建筑用光伏组件支架及光伏发电系统设计

建筑用光伏组件支架及光伏发电系统设计

梁玉杰1杨肖云2

梁玉杰1杨肖云2

1.源盛城发房地产开发集团有限公司河北保定071051

2.保定华源电气新技术开发有限公司河北保定071051

摘要：随着太阳能发电技术的日益成熟，其应用领域越来越广泛，光伏建筑一体化成为各国关注和重点发展的新兴产业。本项目介绍了建筑一体化应用的技术背景，重点阐述了建筑用光伏组件支架和光伏发电系统的设计方案，光伏组件支架可以在不同时刻，根据太阳高度角的不同，调节光伏组件与外侧墙面的夹角，保证光伏组件的受光面受光充分，提高光伏发电系统效率。

关键词：建筑；光伏；支架；系统；设计

1概述

太阳能是绿色环保产品，不会引起环境污染，而且是可再生资源，所以在当今能源短缺的情形下，太阳能是一种有广阔发展前途的新型能源。太阳能光伏发电具有清洁、安全、便利、高效等特点，特别是光伏建筑一体化的光伏发电系统，已经成为各国关注和重点发展的新兴产业。

光伏组件的安装角度对光伏发电系统发电量的影响较大，现有的光伏建筑一体化的光伏发电系统一般是将光伏组件设置于建筑物的屋顶或者阳台，未能充分利用建筑物外侧墙面。而且因为屋顶和阳台的面积有限，光伏组件的安装方式受到限制，使光伏组件的角度（即光伏组件受光面的朝向）固定不可调，因此光伏组件不能在一天中不同时刻充分受光，使得光伏发电系统效率低。

2技术方案

建筑用光伏组件支架及光伏发电系统可以使光伏组件受光充分，提高光伏发电系统效率。

2.1建筑用光伏组件支架设计

建筑用光伏组件支架包括：可固定于建筑外侧墙面的墙面固定件；一端与墙面固定件上部转动连接的光伏组件固定件；一端与墙面固定件下部固定连接，另一端与光伏组件固定件转动连接的伸缩装置，伸缩装置通过伸缩运动，带动光伏组件固定件以墙面固定件和光伏组件固定件的连接端为转轴转动。

光伏组件支架还包括控制器，用于控制伸缩装置运行。控制器包括：微处理器和存储器；存储器用于存储输入信息，输入信息包括：时间日期、所在位置的经纬度和光伏组件固定件与建筑外侧墙面的初始角度；微处理器用于根据输入信息控制伸缩装置的伸缩运行，保证光伏组件在不同时刻最大程度吸收光能。不同日期、不同时间和不同的经纬度，太阳高度均不相同，太阳照射的角度也不同，控制器通过这些信息以及安装时光伏组件固定件与建筑外侧墙面的初始角度，控制伸缩装置的运行，保证光伏组件的受光面保持每天不同时刻最大程度的吸收光能，提高光伏发电系统的效率。

伸缩装置包括：连接杆、丝杠和步进机；连接杆的一端与光伏组件固定件转动连接；丝杠的的螺母与连接杆的另一端固定，丝杠的螺杆与步进机固定；步进机固定于墙面固定件的下部，且步进机与控制器连接。墙面固定件与建筑外侧墙面通过膨胀螺栓固定。光伏组件固定件包括：杆件、第一压板和第二压板；杆件的一端与墙面固定件上部转动连接；第一压板固定于杆件的一端，第二压板固定于杆件的另一端，且第一压板和第二压板相对设置。第一压板和第二压板均包括固定部和按压部，其中，固定部靠近按压部的台阶的长度小于远离按压部的台阶的长度，固定部与杆件通过螺栓固定，按压部远离固定部的一端低于靠近固定部的一端。墙面固定件、连接杆、杆件的材料均为镀锡钢或铝合金。

压板的结构示意图见图2，其中，固定部201靠近按压部202的台阶的长度小于远离按压部的台阶的长度，固定部201与杆件21通过螺栓固定，按压部202远离固定部201的一端低于靠近固定部201的一端。将固定部的两个台阶设置为不同长度，增加了压紧力和机械强度。将按压部设置为倾斜方式，可以保证光伏组件安装强度高，放置因风引起的光伏组件的震动，导致光伏组件与压板脱离。

光伏组件支架的结构示意图2光伏组件支架的结构示意图

将光伏组件固定在光伏组件固定件上，通过伸缩装置的伸缩运行，控制光伏组件固定件向上转动或向下转动，以达到使光伏组件的受光面在一天中不同时刻均最大程度的受光。光伏组件支架可以在不同时刻，根据太阳高度角的不同，调节光伏组件与外侧墙面的夹角，保证光伏组件的受光面受光充分，提高光伏发电系统效率。并且光伏组件设置于建筑外侧墙面，充分利用建筑外侧墙面，增加了光伏组件的数量。

2.2光伏发电系统设计

光伏发电系统包括：将光能转换为直流电的光伏组件；与光伏组件相连，用于将光伏组件产生的直流电储存的蓄电池；以及支架，其中，支架包括：可固定于建筑外侧墙面的墙面固定件；一端与墙面固定件上部转动连接，且将光伏组件固定的光伏组件固定件；一端与墙面固定件下部固定连接，另一端与光伏组件固定件转动连接的伸缩装置，伸缩装置通过伸缩运动，带动光伏组件固定件以墙面固定件和光伏组件固定件的连接端为转轴转动。还包括：与光伏组件相连，用于将光伏组件产生的直流电转换为220V交流电，并传输至电网的微型逆变器。

3优点

光伏组件支架可以在不同时刻，根据太阳高度角的不同，调节光伏组件与外侧墙面的夹角，保证光伏组件的受光面受光充分，提高光伏发电系统效率。并且光伏组件设置于建筑外侧墙面，充分利用建筑外侧墙面，增加了光伏组件的数量。

4结语

太阳能集中光伏具有很大优越性，是符合未来发展需要的能源，。随着科技发展，相信在不久的将来会有更多的光伏发电项目应用于建筑领域。

参考文献

[1]曹莹.家用太阳能光伏发电系统设计[J]《机电工程》,2011,28(1):115-117

[2]GB50797-2012.光伏发电站设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[3]郑诗程，丁明，等.光伏发电系统及其孤岛效应的仿真与实验研究[J].系统仿真学报，2005.

[4]黄克亚，尤凤翔，李文石.组合模糊控制技术与扰动观察法提升光伏发电MPPT性能[J].测控技术，2012，31（7）：130-135.